Методы проектирования логических моделей реляционных баз данных. Декомпозиция и синтез отношений

Пример. Применение алгоритма синтеза

Пример иллюстрирует работу алгоритма на каждом из его этапов.

1. Если то может быть удалена.
2. Пусть тогда или A, или B могут быть удалены из или выводится из F₁ следующим образом: Из (по аддитивности); из и (по транзитивности).
3. Пусть тогда С может быть удалена из Из и (по транзитивности); из (по аддитивности).
4. Пусть Тогда так как то имеется одна группа Так как (по расширяемости и аддитивности), то другая группа есть
5. Из и Так как принадлежит к другой группе, чем и то последние ФЗ могут быть заменены на
6. Имеем
7. Пусть с=(A;B;A,B). Сдвигаем A,B в правую часть с и получаем с' = (A;B). Тогда A,B может быть удалена из с, так как они есть в левой части с'. Так как могут быть выведены из то с может быть заменена на с'.
8. Пусть D удаляется из и Так как может быть выведена из то С₂ может быть заменена на С'.
9. Пусть Тогда первое отношение есть ABCD c ключом (A,{B,C}) ; второе отношение есть BD с ключом {B} ; третье отношение есть FG с ключом {F,G}.

Выводы

• В рамках теории реляционных баз данных предлагается два основных подхода к построению логических моделей баз данных: метод декомпозиции и метод синтеза схем отношений.
• Метод декомпозиции основывается на разбиении некоторого универсального отношения на два или более отношений с помощью реляционной операции проекции.
• Метод синтеза основывается на обработке исходного множества ФЗ предметной области базы данных.
• Метод декомпозиции нагляден, достаточно просто реализуется в инструментальных CASE -средствах проектирования, но имеет ряд потенциальных недостатков, связанных с потерей данных при соединениях и с потерей ФЗ.
• Метод синтеза не приводит к потерям ФЗ, но имеет ряд потенциальных угроз потери информации при соединениях и обладает высокой вычислительной стоимостью.
• Предлагается ряд технических приемов по преодолению потенциальных недостатков в обоих подходах, позволяющих строить эффективные логические модели данных.
• На практике при построении логической модели реляционной базы данных целесообразно комбинировать оба подхода, отдавая предпочтение методу декомпозиции.

Создание логической модели реляционной базы данных методом декомпозиции: преобразование ER -диаграмм в отношения базы данных

Практика проектирования реляционных баз данных методом декомпозиции отношений показала ряд его недостатков, связанных с потерей данных при соединениях и с потерей ФЗ. Однако метод декомпозиции достаточно прост для понимания, нагляден, легко реализуется в инструментальных CASE -средствах проектирования и в настоящее время является наиболее часто применяемым при проектировании баз данных.

Для построения логических моделей реляционных баз данных методом декомпозиции сформулирован ряд правил, получивших название правила преобразования ER-диаграмм в отношения базы данных. Правила позволяют исключить потенциальные недостатки метода декомпозиции и нацелены на приведения схемы отношений базы данных к нормальным формам.

Рассмотрим правила преобразования на примере базы данных о преподавателях, читающих лекции в институте. Сущность Преподаватель соотносится с сущностью Предмет посредством связи Читает. При этом возможны следующие варианты поведения данной предметной области:

1. каждый преподаватель читает только один курс, и каждый курс читается только одним преподавателем, т.е. классы принадлежности обеих сущностей являются обязательными;
2. каждый преподаватель читает только один курс, и каждый курс читается не более чем одним преподавателем, т.е. класс принадлежности первой сущности является обязательным, а второй сущности - необязательным;
3. каждый преподаватель читает не более одного курса, и каждый курс читается не более чем одним преподавателем, т.е. классы принадлежности обеих сущностей не являются обязательными;
4. каждый преподаватель читает не более одного курса, а каждый курс читается только одним преподавателем.

Возможны варианты с иной степенью связи, например когда каждый преподаватель может читать несколько курсов.

Каждый из этих вариантов может быть представлен ER-диаграммой. Однако следует помнить, что каждая ER-диаграмма представляет свой собственный набор правил поведения предметной области и только одна из них может быть истинной в каждый момент времени.

Если степень бинарной связи определена, то предварительные отношения могут быть получены путем просмотра нескольких альтернатив и выбора варианта, наиболее подходящего с точки зрения правил предметной области и личных предпочтений проектировщика. Определяющими признаками выбора одного из альтернативных вариантов представления отношения являются степень связи и класс принадлежности сущности.

Сформулируем первое правило.

Правило 1. Если степень бинарной связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей является обязательным, то требуется построение только одного отношения. При этом первичным ключом отношения может быть ключ любой сущности.

Исходное отношение является одновременно и конечным отношением.

Пример. 
     
     ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (Табельный_номер, Фамилия, Предмет, 
     Количество_часов)

Это правило может быть применено для первого варианта поведения предметной области, когда исходное отношение не требует декомпозиции, так как не содержит избыточных данных и нуль-значений.

Сформулируем второе правило.

Правило 2. Если степень бинарной связи 1:1 и класс принадлежности одной сущности является обязательным, а другой сущности - не обязательным, то требуется построение двух отношений - по одному на каждую сущность. При этом первичным ключом каждого отношения является ключ его сущности, а ключ сущности с необязательным классом принадлежности добавляется в отношение для сущности с обязательным классом принадлежности в качестве атрибута (миграция ключа).

Пример.
     
     Исходное отношение:
     
     ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_1 (Табельный_номер, Фамилия, Предмет, 
     Количество_часов)
     
     Результирующие отношения:
     
     ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_2 (Табельный_номер, Фамилия, Предмет)
     ПРЕДМЕТЫ (Предмет, Количество_часов)

Это правило может быть применено во втором варианте, когда исходное отношение уже требует декомпозиции. Исходное отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_1 содержит проблему нуль-значений: данные о предметах, которые не читаются в данный момент, не могут быть внесены в базу данных.

Результирующее отношение ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_2 не имеет проблемы нуль-значений. В результирующем отношении ПРЕДМЕТЫ эта проблема исключается: для предмета, который в данный момент не читается, определяется специальное непустое значение по умолчанию. Миграция ключа необходима для восстановления исходного отношения. Таким образом, миграция ключа в методе декомпозиции представляет собой перенос первичного ключа одного отношения в другое отношение для предотвращения потери данных при соединении.